linux之 引导扇区(二)

上一节讲到了引导扇区的结构,这种是基于FAT12文件系统的。但是内部的引导程序却只是用打印字符串来代替,现在来加深一下代码,添加读取磁盘数据到内存的功能

这个功能需要用到BIOS中断int 13h,它的用法如下
这里写图片描述
可以看到 ah = 02h 时,int 13h 可以进行读取磁盘扇区功能。

在这里需要先了解一下磁盘的一些基础知识

磁盘由N个盘片组成,每个盘片一般有两面,一面一个磁头(head),两面都可以存储数据

磁道就是一个圈(track)

柱面就是多个磁道号相同的圈组成

扇区sector 磁道按512字节分成若干扇区,计算机对硬盘读写,是按扇区为最小单位

磁道号相同的组成一个柱面,柱面(cylinder)是硬盘分区时最小的单位, 柱面是一个环

怎样由扇区号求扇区在磁盘中的位置 (扇区号 -> 柱面号, 起始扇区, 磁头号)


这里写图片描述
公式的由来:
扇区编号首先是0磁头0柱面按顺序编号,接着是1磁头0柱面,直到所有的0柱面编号完成,接着才回到0磁头的1柱面开始排序,这种排序的方式导致了这个公式的产生

通过下面这份代码,我们找到了loader.bin在磁盘中的根目录里面是第几个条目。
根据目录条目我们可以知道它的起始扇区(开始簇号)。这样我们需要对这个扇区号做两件事

1.把起始扇区装入内存
2.通过它找到FAT中的项,从而找到loader占用其余所有扇区

;%define    _BOOT_DEBUG_  ;做Boot Sector时要注释掉  将此行打开是用来生成.com文件

%ifdef  _BOOT_DEBUG_
    org 0100h
%else
    org 07c00h      ;Boot状态 bios将把boot sector加载到0:07c00处开始执行
%endif

;===========================================================================
%ifdef _BOOT_DEBUG_
BaseOfStack equ 0100h;
%else
BaseOfStack equ 07c00h;堆栈基地址 栈底  从这个位置向低地址生长
%endif

BaseOfLoader        equ 09000h  ; LOADER.BIN 被加载到的位置 ----  段地址
OffsetOfLoader      equ 0100h   ; LOADER.BIN 被加载到的位置 ---- 偏移地址
RootDirSectors      equ 14  ; 根目录占用空间
SectorNoOfRootDirectory equ 19  ; Root Directory 的第一个扇区号
;===========================================================================



    jmp short   LABEL_START
    nop

    ; 下面是 FAT12 磁盘的头
    BS_OEMName  DB 'ForrestY'   ; OEM String, 必须 8 个字节
    BPB_BytsPerSec  DW 512      ; 每扇区字节数
    BPB_SecPerClus  DB 1        ; 每簇多少扇区
    BPB_RsvdSecCnt  DW 1        ; Boot 记录占用多少扇区
    BPB_NumFATs DB 2        ; 共有多少 FAT 表
    BPB_RootEntCnt  DW 224      ; 根目录文件数最大值
    BPB_TotSec16    DW 2880     ; 逻辑扇区总数
    BPB_Media   DB 0xF0     ; 媒体描述符
    BPB_FATSz16 DW 9        ; 每FAT扇区数
    BPB_SecPerTrk   DW 18       ; 每磁道扇区数
    BPB_NumHeads    DW 2        ; 磁头数(面数)
    BPB_HiddSec DD 0        ; 隐藏扇区数
    BPB_TotSec32    DD 0        ; wTotalSectorCount为0时这个值记录扇区数
    BS_DrvNum   DB 0        ; 中断 13 的驱动器号
    BS_Reserved1    DB 0        ; 未使用
    BS_BootSig  DB 29h      ; 扩展引导标记 (29h)
    BS_VolID    DD 0        ; 卷序列号
    BS_VolLab   DB 'OrangeS0.02'; 卷标, 必须 11 个字节
    BS_FileSysType  DB 'FAT12   '   ; 文件系统类型, 必须 8个字节  

LABEL_START:
    mov ax, cs
    mov ds, ax
    mov es, ax
    mov ss, ax
    mov sp, BaseOfStack   ;堆栈地址

    xor ah, ah  ; 
    xor dl, dl  ;  
    int 13h ; 复位软驱

; 下面在 A 盘的根目录寻找 LOADER.BIN
    mov word [wSectorNo], SectorNoOfRootDirectory ;根目录第一个扇区号
LABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGIN:
    cmp word [wRootDirSizeForLoop], 0   ;   判断根目录区是不是已经读完
    jz  LABEL_NO_LOADERBIN      ;    如果读完表示没有找到 LOADER.BIN
    dec word [wRootDirSizeForLoop]  ; 
    mov ax, BaseOfLoader
    mov es, ax          ; es <- BaseOfLoader
    mov bx, OffsetOfLoader  ; bx <- OffsetOfLoader      es:bx -> 09100h
    mov ax, [wSectorNo]     ; ax <- Root Directory 中的某 Sector 号
    mov cl, 1           ;读一个扇区
    call    ReadSector

    mov si, LoaderFileName  ; ds:si -> "LOADER  BIN"
    mov di, OffsetOfLoader  ; es:di -> BaseOfLoader:0100
    cld
    mov dx, 10h     ;每个条目占32字节  那么一个扇区只有16个条目
LABEL_SEARCH_FOR_LOADERBIN:
    cmp dx, 0                  ; 循环次数控制,
    jz  LABEL_GOTO_NEXT_SECTOR_IN_ROOT_DIR ;   如果已经读完了一个 Sector,
    dec dx                 ;  就跳到下一个 Sector
    mov cx, 11                 ;loader  bin总共有11个字符
LABEL_CMP_FILENAME:
    cmp cx, 0
    jz  LABEL_FILENAME_FOUND    ; 如果比较了 11 个字符都相等, 表示找到
    dec cx
    lodsb               ; ds:si -> al
    cmp al, byte [es:di]
    jz  LABEL_GO_ON
    jmp LABEL_DIFFERENT     ; 只要发现不一样的字符就表明本 DirectoryEntry
                    ; 不是我们要找的 LOADER.BIN
LABEL_GO_ON:
    inc di
    jmp LABEL_CMP_FILENAME  ; 继续循环

LABEL_DIFFERENT:
    and di, 0FFE0h      ; else  di &= E0 为了让它指向本条目开头
    add di, 20h         ;       每个条目占32个字节  这是到达下一个条目
    mov si, LoaderFileName  ;      di += 20h  下一个目录条目
    jmp LABEL_SEARCH_FOR_LOADERBIN;   

LABEL_GOTO_NEXT_SECTOR_IN_ROOT_DIR:
    add word [wSectorNo], 1
    jmp LABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGIN

LABEL_NO_LOADERBIN:
    mov dh, 2           ; "No LOADER."
    call    DispStr         ; 显示字符串
%ifdef  _BOOT_DEBUG_
    mov ax, 4c00h       ; 
    int 21h         ;  没有找到 LOADER.BIN, 回到 DOS
%else
    jmp $          ; 没有找到 LOADER.BIN, 死循环在这里
%endif

LABEL_FILENAME_FOUND:           ; 找到 LOADER.BIN 后便来到这里继续
    jmp $          ; 代码暂时停在这里


wRootDirSizeForLoop dw  RootDirSectors  ; Root Directory 占用的扇区数,
                        ; 在循环中会递减至零.
wSectorNo       dw  0       ; 要读取的扇区号
bOdd            db  0       ; 奇数还是偶数

;字符串
LoaderFileName      db  "LOADER  BIN", 0 ; LOADER.BIN 之文件名
; 为简化代码, 下面每个字符串的长度均为 MessageLength
MessageLength       equ 9
BootMessage:        db  "Booting  " ; 9字节, 不够则用空格补齐. 序号 0
Message1        db  "Ready.   " ; 9字节, 不够则用空格补齐. 序号 1
Message2        db  "No LOADER" ; 9字节, 不够则用空格补齐. 序号 2
;============================================================================

;----------------------------------------------------------------------------
; 函数名: DispStr
;----------------------------------------------------------------------------
; 作用:
;   显示一个字符串, 函数开始时 dh 中应该是字符串序号(0-based)
DispStr:
    mov ax, MessageLength
    mul dh
    add ax, BootMessage
    mov bp, ax          ; 
    mov ax, ds          ;  ES:BP = 串地址
    mov es, ax          ; 
    mov cx, MessageLength   ; CX = 串长度
    mov ax, 01301h      ; AH = 13,  AL = 01h
    mov bx, 0007h       ; 页号为0(BH = 0) 黑底白字(BL = 07h)
    mov dl, 0
    int 10h         ; int 10h
    ret





;----------------------------------------------------------------------------
; 函数名: ReadSector
;----------------------------------------------------------------------------
; 作用:
;   从第 ax 个 Sector 开始, 将 cl 个 Sector 读入 es:bx 中
ReadSector:
    ; -----------------------------------------------------------------------
    ; 怎样由扇区号求扇区在磁盘中的位置 (扇区号 -> 柱面号, 起始扇区, 磁头号)
    ; -----------------------------------------------------------------------
    ; 设扇区号为 x
    ;                          ┌ 柱面号 = y >> 1
    ;       x           ┌ 商 y ┤
    ; -------------- => ┤      └ 磁头号 = y & 1
    ;  每磁道扇区数       │
    ;                   └ 余 z => 起始扇区号 = z + 1
    push    bp     ;将原来的bp保存
    mov bp, sp   
    sub esp, 2 ; 辟出两个字节的堆栈区域保存要读的扇区数: byte [bp-2]

    mov byte [bp-2], cl   ;要读的扇区有多少个 cl
    push    bx          ; 保存 bx
    mov bl, [BPB_SecPerTrk] ; bl: 除数  每磁道扇区数   被除数是ax  
    div bl          ; y 在 al 中, z 在 ah 中
    inc ah          ; z ++
    mov cl, ah          ; cl <- 起始扇区号
    mov dh, al          ; dh <- y
    shr al, 1           ; y >> 1 (y/BPB_NumHeads)
    mov ch, al          ; ch <- 柱面号
    and dh, 1           ; dh & 1 = 磁头号
    pop bx          ; 恢复 bx
    ; 至此, "柱面号, 起始扇区, 磁头号" 全部得到
    mov dl, [BS_DrvNum]     ; 驱动器号 (0 表示 A 盘)
.GoOnReading:
    mov ah, 2           ; 读
    mov al, byte [bp-2]     ; 读 al 个扇区
    int 13h
    jc  .GoOnReading        ; 如果读取错误 CF 会被置为 1, 
                    ; 这时就不停地读, 直到正确为止
    add esp, 2
    pop bp

    ret

times   510-($-$$)   db  0   ; 填充剩下的空间,使生成的二进制代码恰好为512字节
dw  0xaa55              ; 结束标志

这份代码的作用,若是找磁盘中找到了loader.bin ,则进入死循环,若是没有找到loader.bin ,则打印一行字符 no loader 然后进入死循环

因此只需要loader.bin这个文件就行了。至于加载loader.bin到内存,放到下一节去写。

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